Hamamatsu Photonics telah berjaya membangunkan kuasa output laser lata kuantum (QCL) dengan menganalisis prinsip penjanaan gelombang terahertz, menggunakan teknologi reka bentuk optik Hamamatsu sendiri, dan resonator luaran diffraction kecekapan tinggi. Modul QCL pertama di dunia yang boleh menjana gelombang terahertz dari sebarang kekerapan dalam julat 0.42~2THz.
Apa yang kelihatan seperti modul QCL
Hasil penyelidikan utama
1. Kuasa output adalah 5 kali lebih tinggi daripada terahertz nonlinear QCL sebelumnya. Hamamatsu Photonics menganalisis prinsip penyebaran gelombang terahertz di dalam terahertz nonlinear QCL, dan mendapati bahawa sambungan permukaan atasnya dengan lensa silikon rintangan tinggi dapat meningkatkan kecekapan penjanaan gelombang terahertz, dan menggunakan teknologi pertumbuhan kristal yang terkumpul selama bertahun-tahun. Dan teknologi proses semikonduktor mengoptimumkan struktur dalaman untuk meningkatkan output puncak pada titik frekuensi 1THz ke tahap sub-milliwatt, iaitu lebih daripada 5 kali ganda daripada QCL bukan linear tradisional.
2. Modul QCL boleh laras frekuensi 0.42 ~ 2THz pertama di dunia. Hamamatsu Photonics telah menjalankan penyelidikan mendalam mengenai bahan filem anti-refleksi di permukaan atas terahertz nonlinear QCL. Pada masa yang sama, melalui teknologi reka bentuk optik yang unik, grating diffraction yang sepadan ditetapkan di luar QCL untuk membentuk resonator, dan kecondongan dikawal oleh peralatan elektrik. Modul QCL pertama di dunia yang mampu menjana gelombang terahertz sewenang-wenangnya dalam julat 0.42 hingga 2 THz pada suhu bilik telah direalisasikan.
Petunjuk penukaran kekerapan
Prinsip penukaran frekuensi: Rasuk laser pertengahan inframerah yang dipancarkan dari QCL non-linear terahertz ditunjukkan dalam grating diffraction. Dalam kes ini, pertukaran kekerapan gelombang THz dicapai dengan mengawal secara elektrik grating diffraction dan mengubah kecenderungan.
Latar belakang R & D
Oleh kerana komponen yang berbeza yang terkandung dalam sampel yang akan diuji, kekerapan gelombang terahertz yang mudah diserap juga akan berbeza. Dengan menggunakan ciri ini, hasil penyelidikan dijangka akan digunakan untuk penilaian kualiti dan analisis sampel yang tidak merosakkan. Di samping itu, kerana gelombang terahertz lebih tinggi dalam kekerapan daripada jalur frekuensi yang digunakan oleh standard komunikasi berkelajuan tinggi "5G", produk ini juga dijangka akan digunakan untuk komunikasi "6G" generasi akan datang.
Pada tahun 2018, Hamamatsu Photonics membangunkan QCL nonlinear terahertz dengan menggunakan teknologi reka bentuk struktur kuantum yang unik, menggunakan reka bentuk keadaan tenaga tinggi dwi-penyeberangan (AnticrossDAUTM). QCL nonlinear terahertz ini boleh mengubah kekerapan gelombang terahertz dan menyinarinya mengikut komponen yang terkandung dalam sampel, dan kemudian meningkatkan ketepatan analisis mengikut kadar penyerapan. Walau bagaimanapun, pada masa ini tiada sumber cahaya laser semikonduktor yang boleh mencapai perubahan kekerapan dalam satu modul. Oleh itu, Hamamatsu Photonics telah meneliti dan membangunkan modul QCL yang mengubah kekerapan.
Ringkasan Pencapaian R&D
Dalam laporan penyelidikan ini, Hamamatsu Photonics menganalisis prinsip penjanaan gelombang terahertz di QCL, dan mengoptimumkan struktur dalaman menggunakan teknologi pertumbuhan kristal dan teknologi proses semikonduktor yang terkumpul selama bertahun-tahun. Pada masa yang sama, prinsip penyebaran gelombang terahertz di dalam QCL juga dianalisis, dan didapati bahawa hubungan antara permukaan atas dan lensa silikon rintangan tinggi dapat meningkatkan kecekapan penjanaan gelombang terahertz dan meningkatkan kuasa output kepada lebih daripada 5 kali ganda masa lalu. Menggabungkan teknologi reka bentuk optik unik Hamamatsu Photonics, dan memadankan QCL dengan grating diffraction yang sesuai, resonator luaran yang cekap terbentuk, dan kemudian kecenderungan diubah dengan mengawal grating diffraction secara elektrik, dengan itu menyedari modul 0.42 ~ QCL pertama di dunia yang menjana gelombang terahertz frekuensi sewenang-wenangnya dalam julat 2THz.
Hasil kajian ini menunjukkan bahawa dalam kes frekuensi penyerapan yang berbeza dari komponen yang berbeza dalam sampel yang akan diuji, menggunakan modul untuk menukar frekuensi dan gelombang terahertz jalur sempit untuk memeriksa kadar penyerapan setiap komponen dapat meningkatkan bahan ubat, makanan dan semikonduktor. penilaian kualiti dan ketepatan ujian tidak merosakkan. Di samping itu, ia juga dijangka digunakan untuk mengenal pasti bahan polimer molekul tinggi seperti plastik yang tidak mudah dikenal pasti sebelum ini. Seterusnya, Hamamatsu Photonics juga akan terus mengkaji struktur pelesapan haba QCL secara mendalam, bertujuan untuk mencapai operasi gelombang THz yang stabil dan berterusan. Dijangkakan bahawa gelombang THz akan digunakan dalam bidang seperti astronomi radio untuk memerhatikan alam semesta, dan kelajuan penghantaran data akan mencapai beratus-ratus gigabits sesaat. Aplikasi dalam arah pembangunan komunikasi tanpa wayar jarak dekat berkapasiti besar berkelajuan ultra tinggi.
Pada masa akan datang, Hamamatsu Photonics juga akan menggunakan teknologi sistem mikroelektromechanical (MEMS) yang unik untuk mengecilkan modul QCL ke saiz hujung jari.
